Stratégies de modification de surface régiosélective de particules : Vers des colloïdes à patchs inverses

Strategies of regioselective chemical modification of particles : towards inverse patchy colloids

• Auteur / Autrice : Sharvina Shanmugathasan
• Direction : Serge Ravaine, Étienne Duguet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 31/03/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche Paul Pascal (Pessac ; 1963-....) - Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac)
• Jury : Président / Présidente : Cécile Zakri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emanuela Bianchi, Peter Van Oostrum
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Kwami Dodzi Zigah, Jutta Rieger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Autoassemblage

Dépôt électrolytique

Polymérisation

Colloïdes

Mots clés libres

Patch

Particules

Polymérisation

Électrodéposition

Patchy

Particles

Polymerization

Electrodeposition

Résumé

Les structures colloïdales préparées par auto-assemblage ont des applications potentielles dans les domaines de la photonique, de l’électronique ou du diagnostic. L’auto-assemblage colloïdal permet une fabrication plus facile et plus économique par rapport aux méthodes de fabrication standard basées sur des approches descendantes. Cependant, cette approche ascendante est actuellement limitée par les blocs de construction disponibles, qui sont pour la plupart sphériques et par les interactions entre ces derniers, qui sont pour la plupart isotropes. Pour élargir la gamme de blocs de construction utilisables, une approche émergente consiste à décorer la surface des particules colloïdales avec des "patchs" pour leurs conférer des "instructions" prédéterminées pour guider leur assemblage. Cette étude porte sur la synthèse de micro- et nanoparticules à patchs inverses, en exploitant trois voies de modification régiosélective de la surface de colloïdes. La première voie a consisté en la fabrication de nanoparticules hybrides silice/polystyrène de type bipodes par polymérisation en émulsion ensemencée et à leur conversion en nanoparticules à patchs nodulaires. La seconde stratégie, similaire à la précédente, a quant à elle été basée sur l’utilisation de bipodes micrométriques obtenus par polymérisation en dispersion comme précurseurs. La troisième voie repose sur l’usage de masques métalliques fabriqués par électrodéposition. La dissolution sélective et séquentielle des masques entrecoupée par la fonctionnalisation régiosélective de la zone non protégée de la surface des particules nous a permis de synthétiser des microparticules à patchs

Colloidal structures prepared by self-assembly find applications in photonic devices, nanoscale electronicsand miniature diagnostic systems. This colloidal self-assembly enables easier and cost-effective fabrication comparedto standard fabrication methods based on top-down approaches such as optical lithography. However, this bottom-upapproach is limited by the available building blocks that are mostly spherical and by the interactions between them,which are mostly isotropic. To expand the range of building units, one emerging approach is to engineer the surfaceof the colloidal particles with “patches” to confer particles predetermined “instructions” for assembly. In this work,we focus on the synthesis of inverse patchy particles, that consist of charged patches that repeal each other andthat are attracted by the rest of the particle. We will first describe that binary bipods, which consist in a silicananoparticle surrounded by two polystyrene nodules, can be produced with a yield higher than 80 % by seededemulsion polymerization. The dissolution of the PS nodules allowed us to produce patchy particles. In our secondstrategy based on a similar approach for microparticles, binary bipods were synthezised trough two routes by seededdispersion polymerization with a yield higher than 70 % in large quantities and some of them have been derivatedinto patchy particles. Another route to fabricate patchy microparticles was developed by creating sacrificial metallicmasks by electrodeposition. The selective and sequential dissolution of the masks interspersed by the regioselectivefunctionalization of unmasqued area of particles allowed us to fabricate patchy particles.